金属学基础

四. 状态图的应用1
1. 了解铁碳合金性能的变化规律：
状态图的应用2
2. 正确选材
◆ 分析零件的工作条件, 根据铁碳合金成分、 组织、性能之间的变化规律进行选择材料。
◆ 根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规 律 , 确定选定材料的工作范围。
状态图的应用3
3. 制订热加工工艺
A. 铸造：
(2) 主要特性线
特性线 ACD AECF GS ES ECF PSK
特性线含义 液相线 固相线 奥氏体→铁素体， （A3） 碳在γ-Fe中溶解度线，（Acm） 共晶转变线 L→A+Fe3C 共析转变线 A→F+Fe3C ,(A1)
3. 铁碳合金的分类
铁碳合金一般可分为工业纯铁、钢和白口铸铁三类。
浇注温度应在液相线以 上50~100℃
B．锻造：
始锻和终锻温度的确定
C ．热处理工艺
（1）高温莱氏体：（Ld）奥氏体和渗碳体的机械
混 合物。存在于7270C以上。
（2）低温莱氏体：（Ld/）珠光体和渗碳体所组
成
* 莱氏体的性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。
上述组织中，铁素体、奥氏体和渗碳体是铁碳合 金的基本相。珠光体和莱氏体是其基本组织。
二．铁碳合金状态图
概 述
2. 状态图分析：
(1) 金属模浇注与砂模浇注 (2) 高温浇注与低温浇注 (3) 铸成薄件与厚件 (4) 浇注时采用振动与不振动
四. 金属的同素异构转变
1、同素异构转变:
金属在固态下随温度的改变，晶格类型相应发生 改变的现象。（铁、钴、钛、锡、锰等）
铁 的 同 素 异 晶 转 变
ξ 2-3 合金的相结构
一. 合金的基本概念
一般可用分子式表示。如Fe3C。
金属化合物表现出熔点高、硬而脆。
3. 机械混合物
由两相或多相机械混合构成的组织。混合 物中各个相仍保持各自的晶格和性能。
而混合物的性能基本上取决于各组成相的性能。
在机械工程材料中使用的合金材料绝大多 数是这种组织状态。
ξ 2-4 铁碳合金
一.铁碳合金的基本组 织
1、铁素体：
晶粒平均直径
（um）
70
抗拉强度(MPa)
184
伸长率(%)
30.6
25
216
39.6
2.0
268
48.8
1.6
270
50.7
1.0
284
50.8
2. 细化晶粒的途径：
（1） 原则： ↗形核率，↘长大速
度。
（2） 方法：
◆ 增加过冷度： ↗V ◆ 变质处理：↗形核率 ◆ 附加振动搅拌
如果其他条件相同,试比较在下列铸造条件下, 铸件 晶粒的大小:
2. 面心立方晶格：
铝（Al）、铜（Cu）、铅 (Pb）、镍（Ni）、 金（Au）、银（Ag）.
3. 密排六方晶格
镁（Mg）、铍（Be）、 锌（Zn）.
四. 金属晶体结构缺陷：
1.点缺陷： （空位、间隙原子和 置代原子）
2. 线缺陷：（位错）
3. 面缺陷：（晶界）
ζ 2-2 纯金属的结晶
合金类别 工业纯铁 钢
白口铸铁
亚共析钢
共析钢 过共析钢 亚共晶白口铸铁
Wc% < 0.0218 0.0218 - 0.77
0.77 0.77 - 2.11 2.11- 4.3
共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
4.3 4.3 - 6.69
三 . 典型合金的结晶过程(亚共析钢)
L→L+A→A→A+F→A+P+F→F+P
一 、金属结晶的过冷现象 ：
1、过冷现象与过冷度： △T= T0- T1
2、过冷度的影响因素：
（1 ）金属的性质和纯度： （2 ）冷却速度：V ↗, △T ↗
过冷是金属结晶的必要条件。
二、 金属的结晶过程：
金属结晶过程实际上是不断的形核和长大过程。
三、金属结晶后的晶粒大小：
1、.晶粒大小对性能的影响：
3. 渗碳体
铁与碳所形成的金属 化合物。Wc=6.69%.
以符号Fe3C或Cm表示. 其结构较复杂.
性能特点为硬度很高 （ 800HBW ） , 但 脆 性 大 ， 塑性几乎为零。
4. 珠光体：
（P）是铁素体与渗碳体组成的层片相间的机械混合物。 是一种综合力学性能较好的组织。Wc=0.77%.
5. 莱氏体：Wc=4.3%
1．固溶体
*保持溶剂晶格类型的金属固体。
（1）置换固溶体：
溶质原子占据了溶剂晶格的一些结点位置。
（2）间隙固溶体：
溶质原子分布在溶剂晶格的间隙中。 （形成条件）R溶质/R溶剂 < 0.59
（3）固溶体的性能：固溶强化
2. 金属化合物：
指合金组元间发生相互作用而形成的具有金 属特性的物质。
它具有与其组元截然不同的特殊晶格类型。
ζ 2-1 金属的晶体结构
一、 晶体与非晶体
晶体
非晶体
原子排列特点
有规则地整齐排列
无规则散乱地堆积
熔点
有固定的熔点
无固定熔点
性能特点
各向异性
ห้องสมุดไป่ตู้
各向同性
举例
纯金属和合金、部分非金属（硅酸盐 等）
普通玻璃、松香、石蜡等
二. 晶格、晶胞和晶格常数
三． 金属晶格的类型
1. 体心立方晶格：
铬（Cr）、钒（V)、钨(W)、 钼(M0) 、α铁。
（F或α）碳在α-Fe中的间隙固溶 体， Wc=0.0218%， 铁素体的性能几乎和纯铁相同， 强度低、硬度低，而塑性很好。 在显微镜下呈明亮的多边形晶粒
2. 奥氏体：
（A或γ）碳在γ-Fe中的间 隙固溶体。（Wc=2.11%）
奥氏体的性能特点是具有一定的 强度、硬度，塑性也很好。
在显微镜下呈明亮的多边形 晶粒。（晶界较铁素体平直）
•五个重要的成份点: (P)、S、E、(c)、K •三条重要的线: ES(Acm)、GS(A3)、PSK（A1) •二个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃
(1) 主要特性点
特性点 温度(0C) Wc%
A
1538
0
C
1148
4.3
D
1227
6.69
E
1148
2.11
G
912
0
S
727
0.77
点的含义 纯铁的熔点 共晶点 渗碳体的熔点 钢与铁的分界点 γ-Fe和α-Fe同素异晶转变点 共析点
1. 合金 是两种或两种以上金属元素或金属元素与
非金属元素组成的具有金属特性的物质。
2. 元 组成合金最基本的、独立的物质叫组元。
3、相 合金中成分、结构和性能相同的组成部分。
4、组织 通常把金相显微镜下观察到的的具有某
种形态特征的组成部分总称为组织。
二. 固态合金的基本结构
根据合金中各组元相互作用的不同，在固态下可 能会出现三种相结构：固溶体、金属化合物及机械混合物。